ELF 文件格式全方位解读：从文件结构到虚拟内存

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ELF 文件格式全方位解读：从文件结构到虚拟内存

ELF (全端名称: Executable and Linkable Format)，是 Linux 和多数 Unix 系统中普遍使用的一种业界标准二进制文件格式，应用于:

• 可执行文件
• 目标文件
• 加载的助动库
• 核心 dump 文件 (core dump)

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一、什么是 ELF 文件？

简单理解：

ELF 是一种给 操作系统和链接器 看的文件格式，指定了如何把代码、数据、符号代码装载进虚拟内存中并进行执行。

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二、ELF 文件结构规格

ELF 文件通常由三大部分组成：

1. ELF Header

第一个部分，描述这是一份 ELF 文件，重要元数包括:

• 文件类型（可执行/ 动态库/ 目标文件）
• 系统方向（大编程/小编程）
• 相关表的偏移值、个数、大小

2. Program Header Table

这是给操作系统看的：

• 指明那些部分需要装载到虚拟内存
• 装载时是否可执行，是否可写

3. Section Header Table

这是给链接器看的：

• 描述 .text、.data、.bss、.symtab 等段
• 用于编译/调试/链接

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三、常见 Section 段解释

段名	用途
.text	代码段（可执行机器代码）
.data	初始化的全局变量
.bss	未初始化的全局变量
.rodata	只读字符串并存储到段
.symtab/.strtab	符号表/字符表
.rel/.rela	重定位信息

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四、分析实例: readelf 解析

假设你有一个 ELF 文件 hello，输入：

readelf -h hello

输出中包括:

• ELF 类型: EXEC (Executable file)
• 系统: ARM 或 x86
• 入口地址: 0x08048400

readelf -l hello

显示装载段：

LOAD 0x000000 0x08048000 ... R E
LOAD 0x001000 0x08049000 ... RW

即:

• 代码 .text 装载到 0x08048000
• 数据 .data 装载到 0x08049000

这些地址就是用户端虚拟内存地址！

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五、ELF 文件与虚拟内存关系

当你运行一个 ELF 程序时，Linux 核心会根据 Program Header 将文件的部分内容 mmap 到该进程的虚拟内存地址端：

例如：

08048000-08049000 r-xp ... /home/user/hello
08049000-08049800 rw-p ... /home/user/hello

和 readelf -l 输出完全对应，这是实际虚拟内存分配的结果。

因此：

ELF Program Header = 虚拟内存应用地址布局的 blueprint

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六、异同 ELF 文件类型

类型	定义	例子
ET_REL	目标文件	main.o
ET_EXEC	静态链接可执行文件	hello
ET_DYN	动态库 / PIE 文件	libc.so / PIE
ET_CORE	core dump 文件	core.*

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七、反汇编/ELF 分析工具

命令	作用
readelf -h/-l/-S/-s	ELF 头 / 装载表 / 段 / 符号表
objdump -d	透视机器码反汇编
nm	列出符号名称
file	分析类型：ELF or not

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八、实战示例: objdump -d hello

查看 ELF 文件中 .text 段反汇编代码:

objdump -d hello

输出:

08048400 <main>:
 8048400: 55             push   %ebp
 8048401: 89 e5          mov    %esp,%ebp
 8048403: ...

这里的地址 0x8048400 就是 ELF 装载到虚拟内存中的地址，和 ELF Header/Program Header 完全一致。

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九、总结

• ELF 是 Linux 中编译链上所有二进制文件的基础
• Program Header 是运行时内存布局的根据
• Section Header 是编译/链接/调试使用
• ELF 可以装载到用户端虚拟内存

想要熟悉内核、开发 toolchain，就必须懂 ELF 格式，它是个超级基础矩阵。

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